无人叉车的智能进化,还缺一颗3D激光雷达?

日期:2022-05-07     来源:新战略    作者:新战略    浏览:915    
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核心提示:将自动驾驶激光雷达用到无人叉车上会怎样?
      回顾无人叉车历史,导航技术的进化无疑是行业发展最生动的注脚。
 
注:无人叉车导航技术的进化

      早期的无人叉车需要轨道进行导航,如钢铁轨道导航、电磁导航、磁钉导航等,导航设施的部署和施工成本高。这一阶段的导航方式可称之为“强设施导航”。1990年后,行业逐步出现了如激光+反射板、彩色带等导航方式,虽然场地设施的部署和施工成本大幅降低,但场地设施维护频率随之增加。这一阶段的导航方式可称之为“弱设施导航”。在导航技术受限于场地设施的模式下,无人叉车始终不能脱离场地设施独立作业,作业路线相对固定,难以根据货物变化作出调整。
      进入21世纪后,以2D激光雷达(即单线激光雷达)为核心的自然导航技术在无人叉车领域兴起,同时引入二维码等导航技术,无人叉车进一步减少场地设施依赖,降低设施部署与维护成本,柔性化程度也得到进一步提升。
      2D激光雷达可以帮助机器人规避障碍物,角频率及灵敏度上反应快捷,扫描速度快、分辨率强、可靠性高,在测试周围障碍物的距离和精度上比较精准。
      但2D激光雷达仅能扫描一个平面,建立的2D地图特征信息少,较难解决全局定位问题,成像缺乏高度信息,难以识别悬空障碍物,只能应用于布局相对简单、固定的室内场景,难以满足无人叉车在复杂场景的导航定位需求。
      随着工业与物流仓储日趋紧迫的智能化需求,对无人叉车的灵活性、通用性和安全可靠性提出了更高的挑战。这使得国内外一批头部叉车企业,如杭叉、海康机器人、国自机器人、Agilox、Seegrid等,逐渐开始布局性能更优越的3D激光雷达导航避障技术,让产业迎来导航技术升级的新气象。
 
      3D激光雷达,无人叉车“智能导航之眼”
      3D激光雷达,可以同时发射及接收多束激光实现三维立体成像,广泛应用于自动驾驶领域。随着行业发展和需求升级,16线、32线等激光雷达产品也逐渐开始应用在无人叉车领域。
 
注:2D(单线)激光雷达成像(左);3D(多线)激光雷达成像(右)

      从3D激光雷达与2D激光雷达的点云成像图对比来看,可以发现,3D激光雷达可以扫描立体空间,输出三维点云密集,物体与墙面立体轮廓清晰,反射率区分准确,为无人叉车实时定位导航避障提供大量精准可靠的信息支持。
      另一方面,3D激光雷达具有对低反射率物体探测能力强、抗环境光干扰能力强、雨雾雪尘穿透能力强等优势,可以通用于室内与室外复杂场景,相较2D激光雷达优势显著。
      通过搭载3D激光雷达,无人叉车将大大提升其感知能力,获得更高的作业效率、操作精度以及对室内外复杂场景的适应能力,从而实现柔性化、智能化应用,促进仓储物流的智能化变革。
 
01
打通室内外场景应用,灵活适应不同作业需求
 
      当前,市面上的无人叉车导航方案主要适用于室内场景。但实际上,除了仓库内部物流,仓库与户外货柜车、飞翼车、平板车之间的搬运与装卸货也是非常重要的环节。无人叉车要实现真正意义上的高效全流程作业,必须要能兼容室内外场景。
 
      以未来机器人旗下VNE 20室内外平衡重无人叉车为例,VNE 20顶部部署了一台RoboSense(速腾聚创)RS-Bpearl激光雷达。该雷达通过32束激光,构成360°×90°的半球型视场角,可以无死角探测车身周围障碍物及地面地形变化。对于VNE20月台装卸货的核心应用场景,RS-Bpearl激光雷达可以充分探测月台地面断崖的地形变化,准确识别月台的形状大小与边缘位置,保护叉车免于掉落月台。
      结合未来机器人自研的视觉导航系统,VNE20车身的感知和控制能力有了极大提升,同时具备较强的抗干扰性,能够应对室外环境的光线变化,自由穿梭在室内外场景,灵活适应不同作业要求。
 
02
导航避障一体化,优化传感器部署数量
 
      无人叉车的激光雷达主要分为避障和导航两类功能。此前,无人叉车厂家会针对不同的功能需求选择不同的产品,但近几年,随着无人叉车导航避障算法技术的发展,以及3D激光雷达成本的大幅下降,无人叉车行业开始尝试将避障与导航的功能集中在一个激光雷达上来完成。这样一方面可以相对减少叉车所搭载的激光雷达数量,降低成本;另一方面也能通过性能更优越的3D激光雷达和3D SLAM技术,帮助叉车实现更佳的导航避障效果。
 
      比如,仙工智能去年发布的自动叉车,搭载了RoboSense(速腾聚创)的32线激光雷达RS-Helios。该款激光雷达不仅提供水平零度线,而且拥有70°超广垂直FOV(向下俯探 55°),这意味着一颗3D激光雷达即可实现定位导航与叉车行驶路径上低矮物体的精准检测,轻松实现导航避障一体化,这不仅让自动叉车传感器数量得到优化,同时增加对室外场景作业的支持。
 
注:部署于仙工智能自动叉车的 RS-Helios 垂直视场角示意图与室外实时三维成像点云

      值得一提的是,基于 RS-Helios 垂直方向大视场角与密集的激光扫描线数,仙工智能进一步研发了检测货物及货架形状大小的功能,实现货物智能装卸。
 
03
降本增效,推进无人叉车智能化进程
 
      在过去很长一段时间里,无人叉车导航激光雷达的头部市场被外商占据,叉车企业多使用国外厂商的2D激光雷达。国外的企业因发展较早,行业沉淀深厚,产品的稳定性和可靠性相对较高,由此其价格也长期保持在昂贵的万元级别。特别受近年来疫情影响,国外单线激光雷达价格甚至还在不断上涨。
      随着过去十年自动驾驶行业的发展,国产车载3D激光雷达的价格不断下探,由十万级别下降至万元级别。在显著的性价比面前,越来越多的厂商正考虑用国产3D激光雷达替代海外2D激光雷达。
      以RoboSense(速腾聚创)为代表的国产激光雷达企业,也因此逐步进入无人叉车市场。作为智能激光雷达代表企业之一,RoboSense(速腾聚创)在智能驾驶领域已获得比亚迪、路特斯、极氪、威马等车企40余款车型定点合作的认可。目前,RoboSense(速腾聚创)旗下面向中低速自动驾驶领域的两款激光雷达,RS-Bpearl与RS-Helios,已获得仙工智能、木蚁机器人、Agilox、Seegrid等国内外头部企业的应用,成为全球无人叉车行业的新宠。
      从整个行业未来发展方向看,伴随着应用场景的不断深入,3D激光雷达的应用是无人叉车进一步走向智能化的必然趋势,这也是国产激光雷达新的发展窗口。
      而对于渗透率不足1%的国内无人叉车领域而言,无人叉车企业该如何借力国产感知导航技术产业链的综合优势,在后疫情时代做到降本增效,完成智能化跨越升级,在世界范围内实现“弯道超车”,已经成为摆在明面上的命题。
 
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